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课程内容 OTN概述 OTN网络层次划分 OTN帧结构 OTN的维护信号 客户信号的映射
OTN的产生背景 • OTN（光传送网，Optical Transport Network）出现之前，主要采用WDM技术实现大容量的传送，但WDM只是物理层面的标准（只针对系统中传送信号的波段、频率间隔等做了规定，而对信号的帧结构没有统一的标准 ），这使得WDM系统中同时传送多种体制的信号（如STM-64，10GbE等），这些信号的性能、帧结构、开销等各不相同，不能方便地进行统一的调度、运营、管理和维护。 • 随着网络的演进，各种业务对WDM系统全网的统一运营、管理、维护的要求越来越高，运营商和系统制造商一直在不断地考虑改进业务传送技术的问题。 • 1998年，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）正式提出了OTN的概念。
OTN的技术特点 • OTN从其功能上看，在子网内以全光形式传输，而在子网的边界处采用光-电-光转换，各个子网可以通过3R再生器联接，从而构成一个大的光网络。 • 光信号的处理可以基于单个波长，或基于一个波分复用组。在光域内可以实现业务信号的传递、复用、路由选择，支持多种上层业务或协议，如SONET/SDH，ATM，Ethernet，IP，PDH，FibreChannel，GFP，MPLS，OTN虚级联，ODU复用等，是未来网络演进的理想基础。 • 在OTN网络的边缘，不同体制的信号被统一封装进入开销丰富的OTN的帧结构中去，并以此为基础，实现基于OTN体制的全网统一运营、管理、维护，便于故障定位，能够提供很好的网络生存性。 • OTN可以解决传统WDM网络波长/子波长业务调度能力弱、组网能力弱（以点到点连接为主的组网方式）、保护能力弱等问题。 • OTN解决了SDH基于VC-12/VC4的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求的问题。
OTN相关ITU-T建议 G.871 OTN框架 G.872 体系架构 G.874 网管方面的内容 G.875 光网络单元的信息模型 G.709 网络节点接口 G.798 光网络单元的功能 G.959.1 物理层特性 G.664 光安全保护进程的要求 G.671 光无源器件的技术要求 G.661-663 光放大器的分类、参数、技术要求、测试方法和有关应用
课程内容 OTN概述 OTN网络层次划分 OTN帧结构 OTN的维护信号 客户信号的映射
OTN层次结构及接口 OTM-n.m OTM-0.m/ OTM-nr.m, PDH SAN ETH STM-N OTN OPUk ODUk（ODUkP、ODUkT） OTUk OTUkV OTUk OTUkV OCh OChr OMSn OPSn OTSn Fullfunctionality OTM Interface Reduced functionality OTM Interface OPUk:光通道净荷单元 ODUk:光通道数据单元 OTUk:完全标准化的光通道传送单元 OTUkV:功能标准化的光通道传送单元 OCh:完整功能的光通道 OChr:简化功能的光通道 OMS:光复用段 OTS:光传输段 OPS:光物理段 OTM:光传送模块
OTN网络结构 • Inter Domain Interface (IrDI) • Intra Domain Interface (IaDI)
Network Operator B Network USER Operator A C OTM NNI OTM IaDI-IrVI NNI OTM IrDI UNI OTM NNI OTM NNI IaDI-IaVI IaDI-IaVI Vendor X Vendor Y OTN接口 • User to Network Interface (UNI) • Network Node Interface (NNI) • Inter Domain Interface (IrDI) • Intra Domain Interface (IaDI) • between equipment of different vendors (IrVI) • within subnetwork of one vendor (IaVI)
客户信号 到OTM的适配过程 OCh Payload Unit (OPUk) OH Client Associated overhead OCh Data Unit (ODUk) OH OPUk Wrapper OH ODUk FEC OCh Transport Unit (OTUk) OH OH Non-associated overhead OH OTM Overhead Signal Optical Supervisory Channel OOS OSC OSC Client OMSn OPSn OTSn Optical Channel (OCh) OTUk Optical Channel Carrier (OCC) OCC OCC OCC OPS0 Optical Multiplex Section Optical Transmission Section Optical Transport Module Optical Physical Section
OTN功能单元 • OPU（Optical Channel Payload Unit）： • 光通道净荷单元，提供客户信号的映射功能； • ODU（Optical Channel Data Unit）： • 光通道数据单元，提供客户信号的数字包封、OTN的保护倒换、提供踪迹监测、通用通信处理等功能； • OTU（Optical Channel Transport Unit） • 光通道传输单元、提供OTN成帧、FEC处理、通信处理等功能波分设备中的发送OTU单板完成了信号从客户接口到OCC的变化；波分设备中的接收OTU单板完成了信号从OCC到客户接口的变化。
OTN的映射和复用过程 • 用户信号映射到低阶OPU，标识为OPU（L）；OPU（L）信号映射到相关的低阶ODU，标识为ODU（L）；ODU（L）信号映射到相关的OTU[V]信号或者ODTU信号。ODTU信号复用到ODTU组（ODTUG）。ODTUG信号映射到高阶OPU，标识为OPU（H）。OPU（H）信号映射到相关的高阶ODU，标识为ODU（H）。ODU（H）信号映射到相关的OTU[V]。 • OPU（L）和OPU（H）具有相同的信息结构，但承载不同的用户信号。ODU（L）和ODU（H）具有相同的信息结构，但承载不同的用户信号。 • 外部ODU（H）信号是在本管理域中传送、在另一个管理域中终结的ODU（H）信号。这种外部ODU（H）映射到ODTU信号，承载ODU（H）的ODTU信号可能和承载ODU（L）的ODTU信号一起复用到ODTUG中。这种复用方式满足G.872关于在一个管理域中建议只支持单级ODU复用的规定。
OTN的映射和复用过程 • OTU[V]电信号被转换到光通路信号（标识为OCh和OChr）或者OTLk.n。OCh/OChr信号被调制到光通路载波，标识为“OCC和OCCr”。OCC/OCCr信号复用到光载波群，标识为OCG-n.m或OCG-nr.m。OCG-n.m信号加上光复用段开销组成OMSn。OMSn信号加上光传送段开销组成OTSn。OTSn信号出现在OTM-n.m接口。OCG-nr.m信号映射到OPSn。OPSn信号出现在OTM-nr.m接口。单个OCCr信号映射到OPS0。OPS0信号出现在OTM-0.m接口。一组n路OPS0信号出现在OTM-0.mvn接口。
ODUk时分复用 • 4个ODU1信号时分复用到1个ODTUG2，ODTUG2映射到OPU2。ODU2和ODU1的混合信号可以时分复用到ODTUG3，ODTUG3映射到OPU3。 • 下图 表示将4个ODU1信号复用到OPU2信号。1个ODU1信号使用帧定位开销进行扩展，并且通过判决开销（JOH）异步映射光通路数据支路单元1到2（ODTU12）。4个ODTU12信号时分复用到光通路数据单元支路单元群2（ODTUG2），之后映射到OPU2。
ODUk时分复用 • 下图表示将最多16个ODU1信号和/或最多4个ODU2信号复用到OPU3信号中。ODU1信号使用帧定位开销进行扩展，并且通过判决开销（JOH）异步映射光通路数据支路单元1到3（ODTU13）。ODU2信号使用帧定位开销进行扩展，并且通过判决开销（JOH）异步映射光通路数据支路单元2到3（ODTU23）。在信号映射到OPU3后，“x”个ODTU23（0≤x≤4）和“16-4x”个ODTU13信号时分复用到光通路数据单元支路单元群3（ODTUG3）。
课程内容 OTN概述 OTN网络层次划分 OTN帧结构 OTN的维护信号 客户信号的映射
OTN帧的基本结构 14 15 16 1 7 8 17 3824 3825 4080 1 2 3 4 Client Signal － 客户信号 OPUk －光通道净荷单元 帧定界 OTUk OH ODUk －光通道数据单元 OTUk FEC OPU k Payload OPUk OH ODUk OH OTUk －光通道传送单元 帧定界 客户信号 k=0/1/2/3/4，分别对应GE/2.5G/10G/40G/100G速率 k=1/2/3/4，分别对应2.5G/10G/40G/100G速率
OTN开销简介：帧对齐和OTUk 1 2 3 TTI BIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 源节点 标识 BEI/BIAE BDI IAE RES 15 16 目标节点 标识 31 32 运营商 自定义 63 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 FAS MFAS SM GCC0 RES RES JC 1 RES TCM ACT TCM6 TCM5 TCM4 FTFL RES JC 2 TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP RES JC 3 GCC1 GCC2 APS/PCC RES PSI NJO 4 • 帧对齐开销 • FAS: 帧对齐信号 • MFAS:复帧对齐信号 • OTUk层开销 • SM: 段监控 • GCC0:通用通信通道0 • RES: 保留字节
OTUk开销部分 • FAS共6个字节。字节定义为f6h f6h f6h 28h 28h 28h，和STM-1的帧定位字节（A1、A2）一样，用来定义帧开头的标记。 • MFAS为1个字节，用于复帧计数。256个连续的OTUk帧组成OTUk复帧。 • RES由2个字节组成，为保留字节，现在规定为全0。 • GCC0为2个字节，是为两个OTUk终端之间进行通讯而保留的。 • 这两个字节构成了两个OTUk终端之间进行通讯的净通道，可用来传输任何用户自定义信息，G.709标准中对这两个字节的格式不作定义。
OTUk－SM开销部分 SM 1 2 3 TTI BIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 SAPI BEI BDI IAE RES 15 16 DAPI 31 32 Operator Specific 63 SM为3个字节，位置为（1，8）至（1，10） TTI: Trail Trace Identifier 跟踪标记字节 BIP-8: Bit Interleaved Parity of depth 8 BEI: Backward Error Indication 后向错误指示字节 BDI: Backward Defect Indication 后向失效指示字节 IAE: Incoming Alignment Error 接收对齐错误 SAPI: Source Access Point Identifier DAPI: Destination Access Point Identifier
OTUk－SM开销部分 • SM是OTU层的业务状态监控开销，共三个字节。 • SM-TTI：占用1个字节。为路径追踪标识符，用于传送源接入点和目标接入点的标识信息，防止错连。 • SM-BIP-8：占用1个字节。奇偶校验字节，用于OTUk级别的误码检测，采用比特间插偶校验编码。 • 第三个字节用来指示引入对齐错误（IAE）、反响缺陷（BDI）、反向误码块个数（BEI）等告警信息。
OTUk的FEC 增加了最大单跨距距离或是跨距的数目，因而可以延长信号的总传输距离。 在一个光放输出总功率有限的情况下，可以通过降低每通道光功率来增加光通道数。 FEC的出现降低了对器件指标和系统配置的要求。 14 15 16 1 7 8 17 3824 3825 4080 1 2 3 4 帧定界 OTUk OH OTUk FEC OPUk OH OPU k Payload ODUk 客户信号
OTUk帧的加扰 • OTUk帧必须保证码型中1和0的比例基本相当，避免出现长连0或者长连1的情况，这样才能保证接收设备能够从业务中提取出时钟。 • 加扰是针对OTUk帧进行的，由于FEC为OTUk帧中的内容，所以加扰是在FEC编码后进行的。 • OTUk帧加绕后经过传输后必须先解扰才能进行解码操作。 • 解扰和加扰的算法完全一样，对加扰的信号再执行一次加扰操作即相当于对信号进行了解扰。
OTN开销简介：ODUk和OPUk 1 2 3 TTI BIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 源节点 标识 BDI BEI STAT 15 16 目标节点 标识 31 32 运营商 自定义 63 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 FAS MFAS SM GCC0 RES RES JC 1 RES TCM ACT TCM6 TCM5 TCM4 FTFL RES JC 2 TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP RES JC 3 GCC1 GCC2 APS/PCC RES PSI NJO 4 • ODUk层开销 • TCMACT:TCM激活/去激活协调协议控制通道 • TCMi: 串行连接监视子层i开销 • FTFL: 故障类型和故障位置上报通道 • PM: 通道监控 • EXP: 实验通道 • GCC1/2: 通用通信通道1/2 • APS/PCC:自动保护倒换和保护通信控制通道假设 • OPUk层开销 • PSI: 净荷结构标识符 • JC: 调整控制 • NJO:负调整机会字节
ODUk-TCM开销部分 • ODUk的开销提供了多达6级的串连监控TCM1-6。 • TCM1-6字节类似于PM开销字节 • 监测每一级的踪迹字节（TTI）、负荷误码（BIP-8）、远端误码指示（BEI）、反向缺陷指示（BDI） • 判断当前信号是否是维护信号（ODUk-LCK，ODUk-OCI，ODUk-AIS） • 这6个串连监控功能可以以堆叠或嵌套的方式实现，从而允许ODU连接在跨越多个光学网络或管理域时实现任意段的监控。
ODUk-TCM开销部分 • OTN 串连监测的功能，可以做到： • UNI到UNI之间的串连监测。 • NNI到NNI之间的串连监测。 • 基于串连监测所探测到的信号失效或信号裂化，可以在子网内部触发1＋1，1：1或1：n等各种方式的光通道线性保护切换。 • 基于串连监测所探测到的信号失效或信号裂化，也可实现光通道共享保护环的保护切换。 • 运用串连监测功能可用来进行故障定位，及业务质量（QoS）的确认。
ODUk-PM开销部分 1 2 3 TTI BIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 源节点 标识 BDI BEI STAT 15 16 目标节点 标识 31 32 运营商 自定义 63 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 FAS MFAS SM GCC0 RES RES JC 1 RES TCM ACT TCM6 TCM5 TCM4 FTFL RES JC 2 TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP RES JC 3 GCC1 GCC2 APS/PCC RES PSI NJO 4 • ODUk的PM开销结构和OTUk SM开销差不多，唯一不同的是SM-IAE加SM-RES的位置被PM-STAT所代替.
ODUk-PM开销部分 • PM-TTI • 在PM中占用1个字节 • 用于传送路径监测中的TTI信息 • 由连续64帧中的此开销组成64字节的信息，定义同SM-TTI完全一致 • 64字节TTI信息在OTUk复帧中的对齐方式也和SM-TTI完全一样，第一字节分别对应于复帧0、0x40、0x80和0xc0 • PM-BIP-8 • BIP-8在PM中占用1个字节 • 为BIP-8校验信息，结构和定义基本同SM-BIP-8，但用于路径监测中。 • PM-BIP-8的计算范围为整个OPUk帧（第15列到第3824列），和SM-BIP-8一样，第i帧的BIP-8校验结果放到第i＋2帧的PM-BIP-8开销位置上。
ODUk-PM开销部分 • PM-BDI • BDI在PM中只有1位 • 定义和SM-BDI基本一致，用来向上游反向发送路径检测时遇到的失效信息，1指示有ODUk失效，0为正常。 • PM-BEI • 在PM中共4位 • 定义和SM-BDI基本一致（但没有SM-BIAE），用来向上游反向发送本节点的PM-BIP-8的误码个数，误码范围为0～8。 • PM-BEI没有BIAE信息 • 由于PM-BEI共有4位，但可能存在的错误数只有0～8，所以取值9～15为非法值，应该认为此时误码为0。
ODUk-PM开销部分 • PM-STAT：STAT在PM中共3位 • PM-STAT就是用来指示当前ODUk帧处于哪种维护信号状态。当业务正常时取值为001。 • 当处于维护信号状态时，除PM-STAT开销以外的所有PM开销将会以一种特殊的格式出现（全1、0110 0110 或者0101 0101不断重复）。
ODUk-其他开销部分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 FAS MFAS SM GCC0 RES RES JC 1 • ODUk-GCC1和ODUk-GCC2：各占2个字节，用于节点之间在ODUk层的通用通信接口，传输用户的通讯信息，通讯的内容和格式完全由用户自定义。 • ODUk-APS/PCC：长度为4个字节，用于传递保护倒换信息。 • ODUk-FTEL：长度为1个字节，用来传送256个字节的错误类型和错误位置信息（FTFL）。 • ODUk-EXP：长度为2个字节，详细格式和内容未定义。 • ODUk-RES：长度为9个字节，保留字节，必须全部设置为0。 RES TCM ACT TCM6 TCM5 TCM4 FTFL RES JC 2 TCM3 TCM2 TCM1 PM EXP RES JC 3 GCC1 GCC2 APS/PCC RES PSI NJO 4
OPUk的帧结构 col# 15 16 14 15 16 1 7 8 17 3824 3825 4080 1 1 2 Mapping 2 Specific 3 row# 3 4 4 PSI 帧定界 OTUk OH OTUk FEC PT 0 OPUk OH OPU k Payload ODUk 1 RES 255 客户信号 OPUk OH结构：规定了客户信号映射相关的开销；包括净荷类型标示、净荷映射过程中调整开销。 PSI（Payload Structure Identifier): 此字节位于连续256个帧中，和ODUk的复帧MFAS对齐。MFAS=0时对应的PSI开销为PSI[0]，MFAS=255时对应PSI[255]。PSI[0]定义为净荷类型PT（Payload Type），PSI[1]～PSI[255]用于表示映射和级联信息。 PT:PayloadType
OPUk开销部分 PT定义
OPUk虚级联 • OTN中级联的实现是通过OPUk信号的虚级联实现的。目前定义了OPUk（k=1，2，3）的虚级联，OPU0和OPU4的虚级联功能待研究。 • OPUk-Xv（k=1～3，X=1～256）的帧结构如下图 所示。它是由基于字节的块状帧结构组成，一共4行、3810列。OPUk-Xv帧中有两个主要的区域：OPUk-Xv开销区域和OPUk-Xv净荷区域。列14X+1到16X作为OPUk–Xv的开销区域；列16X+1到3824X作为OPUk-Xv的净荷区域。 • OPUk-Xv提供一个连续的净荷区域，包括X个OPUk净荷区域，其净荷容量为X×238/(239−k)×4(k−1)×2488320kbit/s×(1±20ppm) ，如下图所示。客户业务映射进X个单独的OPUks，组成OPUk-Xv。 • 每个OPUk-Xv中的OPUk在一个ODUk中传输，X个ODUk组成ODUk-Xv。 • 每个ODUk-Xv中的ODUk单独在网络中传输，由于每个ODUk不同传输时延，导致到达终点每个ODUk的时间不同，因此OPUk也不同。这种时延应进行补偿，个别OPUks应重新定位校准才能进入连续的净荷域。
课程内容 OTN概述 OTN网络层次划分 OTN帧结构 OTN的维护信号 客户信号的映射
维护信号概述 • AIS是一种提示信息，当上游节点遇到失效情况时将向下游节点发送AIS信号进行通知。AIS信号将在网络节点的输出端口产生。网络节点的输入端口将检测AIS，这样做可以抑制上游节点由于业务中断而造成本节点的输入端口检测到不确定的信号失效或错误状态。 • 开放连接指示（OCI）向下游发送，指示上游信号没有连接到路径源端，即连接输出点并没有连接到它的输入连接点。OCI信号由路径宿端功能检测。 • 锁定（LCK）信号发送到下游，指示上游的连接“锁定”，没有信号通过。 • 净荷丢失指示（PMI）向下游发送，指示在上游信号的源点，支路时隙没有光信号输入，或者输入光信号没有净荷。这表明支路信号的传输中断。PMI信号由适配源端功能产生，在路径宿端功能检测，在此条件下会抑制LOS检测。
OTN常见的维护信号 • OTUk的维护信号 • OTUk层只有一种维护信号，就是OTUk-AIS。 • ODUk的维护信号 • ODUk的维护信号较多，主要包括：ODUk-AIS、ODUk-OCI、ODUk-LCK。 • ODUk-AIS是将ODUk的所有内容全部置成1（ODUk-FTFL除外） • ODUk-OCI是在整个ODUk帧中重复发送“0110 0110”，ODUk-OCI的检测是通过PM-STAT和TCMi-STAT的检测实现的。 • ODUk-LCK是在整个ODUk帧中重复发送“0101 0101” ，ODUk-LCK的检测也是通过PM-STAT和TCMi-STAT的检测实现的。
OTUk-AIS • OTUk-AIS是为了支持服务层的应用。OTN设备应能检测到此信号的存在，但它不需要产生此信号。 • OTUk-AIS就是将PN-11序列填充到整个OTUk中并不断重复发送。
ODUk-AIS • ODUk-AIS在整个ODUk信号中全为1，不包括帧定位开销（FAOH），OTUk开销（OTUkOH）和ODUk FTFL。 • ODUk-AIS的检测通过监测在PM和TCMi开销区域中的ODUk STAT比特实现。
ODUk-OCI • ODUk-OCI在整个ODUk信号中采用重复的“01100110”模式，不包括帧定位开销（FAOH）和OTUk开销（OTUkOH）。 • ODUk-OCI的检测通过监测在PM和TCMi开销区域中的ODUk STAT比特实现。
ODUk-LCK • ODUk-LCK在整个ODUk信号中采用重复的“01010101”模式，不包括帧定位开销（FAOH）和OTUk开销（OTUkOH）。 • ODUk-OCI的检测通过监测在PM和TCMi开销区域中的ODUk STAT比特实现。
